Energianalys av rörledning med överhettad vattenånga
Värmetransport är ett viktigt fysikaliskt fenomen med många olika industriella tillämpningar, till exempel värmning eller kylning av en fluid som strömmar i en rörledning. Den viktigaste mekanismen för värmetransport i strömmande eller stillastående fluider är konvektion. En bättre kunskap och förståelse för den bakomliggande fysiken skulle innebära att designen av systemen skulle kunna optimeras för att erhålla en ekonomisk process genom att minimera energiförluster och kostnader för material.En ångturbin i ett kraftvärmeverk producerar elektricitet genom att vattenånga strömmar igenom turbinen. Den överhettade vattenångan transporteras sedan från turbinen i en rörledning för att användas till uppvärmning av processer i ett närliggande massabruk. I detta arbete har en energianalys genomförts på rörledningen med överhettad vattenånga efter turbinen för att bestämma temperaturfördelningen. Valet av material i rörledningen är beroende på tryck och temperatur och med för dålig kunskap om temperaturfördelningen längs röret riskerar konstruktionen att bli onödigt kostsam.En matematisk modell ställdes upp med de energibalanser som verkar på rörledningen. En analytisk beräkning genomfördes för att analysera hur stor värmeförlusten från rörledningen är och hur mycket temperaturen på ångan sjunker. Därefter byggdes en dynamisk modell i programmet Simulink för att simulera den ackumulerande temperaturen i röret och isoleringen över tid. Även behovet av kylvatten simulerades. En litteraturstudie över förångningsprocessen av kylvattnet genomfördes för att hitta vilka parametrar som påverkar avdunstningen och därmed är viktiga för att bestämma tiden det tar innan allt förångats.Resultaten från beräkningarna visar att temperatursänkningen på ångan i flödesriktningen blir väldigt liten. Detta beror på att den strömmande ångans energiinnehåll är mycket större jämfört med värmeförlusten genom rörväggen. Resultatet från den dynamiska simuleringen visar att isoleringen har en större tidskonstant, dvs större tröghet jämfört med stålröret. Detta presenteras i form av stegsvar. Det som kommer att påverka valet av material är således endast var kyldysan är placerad. I det här systemet är kyldysan inte optimalt placerad då den sitter ca 42 m efter inloppet från turbinen. Det skulle därför vara möjligt att flytta den tidigare och då byta till ett billigare material med lägre hållfasthet.